CN112570537A - 一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法 - Google Patents
一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，属于有色金属材料加工工程技术领域；步骤一、将凹模水平放置在热压罐内；将第一橡皮垫料、坯料、第二橡皮垫料水平放置在凹模的顶部；步骤二、在热压罐内使用凸模竖直向下施加载荷；步骤三、向第一橡皮垫料和第二橡皮垫料内部充气，坯料成型；对热压罐进行抽真空处理；步骤四、将热压罐内温度调整至人工时效温度，保持时长t；步骤五、将凹模、第一橡皮垫料、坯料、第二橡皮垫料和凸模从热压罐内取出；步骤六、卸下凸模；本发明通过橡皮囊在成型过程的弹性补偿弥补成形过程中的弹性损失，减少模具的修模次数，并提高成形精度。
Description
技术领域
本发明属于有色金属材料加工工程技术领域，涉及一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法。
背景技术
时效成形是当前铝及铝锂合金整体壁板结构的重要精密成型方法，然而时效成型受制于两个方面的技术瓶颈，1.时效成形需要进行多次仿真迭代以及实验验证模具型面，并对其进行修模已达到所需的尺寸，周期长，且复杂；2.时效成形其原理在于弹性变形经过蠕变转变为塑性永久变形，弹性变形的量决定了时效成形的变形量，预成型后弹性变形，由板材中心向上下表面逐渐增加，板材越厚成型效果越好，因此不适用于薄板结构。但是航空瓜瓣结构普遍为薄壁结构，大尺寸结构的整体时效成形收到限制。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，通过橡皮囊在成型过程的弹性补偿弥补成形过程中的弹性损失，减少模具的修模次数，并提高成形精度。
本发明解决技术的方案是：
一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，包括如下步骤：
步骤一、室温下，将凹模水平放置在热压罐内；将第一橡皮垫料、坯料、第二橡皮垫料水平放置在凹模的顶部；
步骤二、在热压罐内使用凸模从第二橡皮垫料顶部竖直向下施加载荷，使第一橡皮垫料、坯料和第二橡皮垫料发生弹性形变贴合凹模顶部的凹槽型面；
步骤三、向第一橡皮垫料和第二橡皮垫料内部充气，第一橡皮垫料和第二橡皮垫料膨胀挤压坯料，实现坯料均匀受力，坯料成型；在成型过程中保持第一橡皮垫料和第二橡皮垫料处于充气状态；对热压罐进行抽真空处理；
步骤四、将热压罐内温度调整至人工时效温度，保持时长t；
步骤五、将凹模、第一橡皮垫料、坯料、第二橡皮垫料和凸模从热压罐内取出，冷却至室温；
步骤六、卸下凸模；坯料产生回弹，实现吸收蠕变释放的应变，保持型面结构，减少回弹量。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述步骤一中，将第一橡皮垫料放置在坯料的下表面，将第二橡皮垫料放置在坯料的上表面后，再将整体放置在凹模的顶部。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述步骤一中，凸模的底部向下设置有弧形凸起，凸模底部的弧形凸起与凹模顶部的凹槽型面形状对应。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述步骤二中，凸模向下施加载荷时，均匀施加载荷至坯料的上下两面紧贴第一块橡皮垫料和第二块橡皮垫料；保持施加载荷直至坯料的蠕变完成。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述步骤三中，第一橡皮垫料和第二橡皮垫料采用采用硅胶材料；工作温度范围为-60℃～220℃，硅胶弹性模量为1.2GPa，泊松比为0.48；热压罐抽真空后，真空度不大于-0.1MPa。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述步骤四中，人工时效温度为120℃-190℃；t为8-36h；坯料产生蠕变实现应力松弛。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述凹模顶部的凹槽型面上设置有4个排气孔；排气孔直径为10mm；在凹模的侧壁处对应设置有导气槽，实现将第一橡皮垫料与凹模顶部的凹槽型面之间的空气排出。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述坯料采用高性能铝合金材料，具体为2195铝锂合金、2A97铝锂合金、2A55铝锂合金、2219高强铝合金或7B04高强铝合金材料。
在上述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，所述凹模顶部凹槽为弧形结构，水平面直径为100-5000mm，截面弧形直径为100-10000mm；槽深为10-1000mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明实现了薄板结构的大弹性变形，弹性变形可根据型面厚度进行选择。可减少回弹修模次数50％以上；
(2)本发明实现了不同规格板材的时效成形，可实现变厚度、变截面、局部特征结构的填充回弹补偿。
附图说明
图1为本发明第一橡皮垫料、坯料、第二橡皮垫料水平放置在凹模的顶部示意图；
图2为本发明凸模施压，坯料成型示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，旨在通过橡皮囊在成形过程的弹性补偿，弥补构件成形过程中的弹性损失，并通过橡皮囊的改变以减少模具本身的修模次数，提高构件成形精度。通过橡皮在成形过程的弹性补偿弥补构件成形过程中的弹性损失，减少模具的修模次数，提高构件的其成形精度。成型中将橡胶垫置于板材上下表面后放入模具，进行加压，加热保温，通过橡胶的厚度可以增加材料弹性变形量，实现辅助厚度增加，进而增加弹性变形量。加载保温过程，蠕变释放的应变被弹性体吸收，仍保持较好的型面结构，因而不需要进行模具的修复即可实现弹性补偿。
铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，具体包括如下步骤：
步骤一、室温下，将凹模1水平放置在热压罐内；将第一橡皮垫料2、坯料3、第二橡皮垫料4水平放置在凹模1的顶部；如图1所示，将第一橡皮垫料2放置在坯料3的下表面，将第二橡皮垫料4放置在坯料3的上表面后，再将整体放置在凹模1的顶部。凸模5的底部向下设置有弧形凸起，凸模5底部的弧形凸起与凹模1顶部的凹槽型面形状对应。坯料3采用高性能铝合金材料，具体为2195铝锂合金、2A97铝锂合金、2A55铝锂合金、2219高强铝合金或7B04高强铝合金材料。凹模1顶部凹槽为弧形结构，水平面直径为100-5000mm，截面弧形直径为100-10000mm；槽深为10-1000mm。
步骤二、在热压罐内使用凸模5从第二橡皮垫料4顶部竖直向下施加载荷，使第一橡皮垫料2、坯料3和第二橡皮垫料4发生弹性形变贴合凹模1顶部的凹槽型面，如图2所示。凸模5向下施加载荷时，均匀施加载荷至坯料3的上下两面紧贴第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4；保持施加载荷直至坯料3的蠕变完成。
步骤三、向第一橡皮垫料2和第二橡皮垫料4内部充气，第一橡皮垫料2和第二橡皮垫料4膨胀挤压坯料3，实现坯料3均匀受力，坯料3成型；在成型过程中保持第一橡皮垫料2和第二橡皮垫料4处于充气状态；对热压罐进行抽真空处理；第一橡皮垫料2和第二橡皮垫料4采用采用硅胶材料；工作温度范围为-60℃～220℃，硅胶弹性模量为1.2GPa，泊松比为0.48；热压罐抽真空后，真空度不大于-0.1MPa。凹模1顶部的凹槽型面上设置有4个排气孔；排气孔直径为10mm；在凹模1的侧壁处对应设置有导气槽，实现将第一橡皮垫料2与凹模1顶部的凹槽型面之间的空气排出。
步骤四、将热压罐内温度调整至人工时效温度，保持时长t；人工时效温度为120℃-190℃；t为8-36h；坯料3产生蠕变实现应力松弛。
步骤五、将凹模1、第一橡皮垫料2、坯料3、第二橡皮垫料4和凸模5从热压罐内取出，冷却至室温；
步骤六、卸下凸模5；坯料3产生回弹，实现吸收蠕变释放的应变，保持型面结构，减少回弹量。
本发明用于铝/铝锂合金薄壁结构时效蠕变精密成型方法，其显著的优点在于：可实现薄板结构的大弹性变形，弹性变形可根据型面厚度进行调整。可减少修模次数50％以上。可实现不同规格板材的时效成形，可实现变厚度、变截面、局部特征结构的填充回弹补偿，对于复杂型面结构具有良好的成形效果。
实施一
1、坯料3材料选择2195铝锂合金，形状为瓜瓣状，长边弧长650mm、短边弧长220mm、宽600mm，厚度10mm，将凹模1水平放置在热压罐内，并将第一橡皮垫料2、坯料3、第二块橡皮垫料4水平放置在凹模1的顶部；
2、在热压罐内使用凸模5从第二块橡皮垫料顶部4竖直施加载荷，应力为280MPa，使第一块橡皮垫料2、坯料3和第二块橡皮垫料4发生弹性形变，贴合凹模1顶部的凹槽型面；
3、向第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4内部充气，使第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4膨胀挤压坯料3，实现坯料3的均匀受力，坯料3成形，在时效时间内保持橡皮垫料处于充气状态，对热压罐进行抽真空处理，真空度为≤-0.1MPa；
4、将热压罐内温度调整为2195铝锂合金人工时效温度170℃，保持时效时长30小时；
5、时效后，将凹模1、第一块橡皮垫料2、坯料3、第二块橡皮垫料4和凹模从热压罐内取出，冷却至室温；
6、卸下凸模5；坯料3产生回弹，实现吸收蠕变释放应变，保持型面结构，减少回弹量。
本实施具体的工艺参数可根据金属种类、薄壁厚度和结构的不同采用相应的工艺参数。
实施二
1、坯料3材料选择7B04铝合金，长800mm、宽500mm、厚3mm，将凹模1水平放置在热压罐内，并将下橡皮垫料2、坯料37B04铝合金、第二块橡皮垫料4水平放置在凹模1的顶部；
2、在热压罐内使用凸模5从第二块橡皮垫料顶部4竖直施加载荷，应力为300MPa，使第一块橡皮垫料2、坯料37B04铝锂合金和第二块橡皮垫料4发生弹性形变，贴合凹模1顶部的凹槽型面；
3、向第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4内部充气，使第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4膨胀挤压坯料3，实现坯料3的均匀受力，坯料3成型，在时效时间内保持橡皮垫料处于充气状态，对热压罐进行抽真空处理，真空度≤-0.1MPa；
4、将热压罐内温度调整为7B04铝合金人工时效温度160℃，保持时效时长20小时；
5、时效后，将凹模1、第一块橡皮垫料2、坯料3、第二块橡皮垫料4和凹模从热压罐内取出，冷却至室温；
6、卸下凸模5；坯料3产生回弹，实现吸收蠕变释放应变，保持型面结构，减少回弹量。
实施三
1、坯料3材料选择2219铝合金，长800mm、宽600mm、厚10mm、筋高3mm，将凹模1水平放置在热压罐内，并将下橡皮垫料2、坯料32219铝合金、第二块橡皮垫料4水平放置在凹模1的顶部；
2、在热压罐内使用凸模5从第二块橡皮垫料顶部4竖直施加载荷，应力为300MPa，使第一块橡皮垫料2、坯料32219铝合金和第二块橡皮垫料4发生弹性形变，贴合凹模1顶部的凹槽型面；
3、向第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4内部充气，使第一块橡皮垫料2和第二块橡皮垫料4膨胀挤压坯料3，实现坯料3的均匀受力，坯料3成型，在时效时间内保持橡皮垫料处于充气状态，对热压罐进行抽真空处理，真空度为≤-0.1MPa；
4、将热压罐内温度调整为2219铝合金人工时效温度165℃，保持时效时长18小时；
5、时效后，将凹模1、第一块橡皮垫料2、坯料3、第二块橡皮垫料4和凹模从热压罐内取出，冷却至室温；
6、卸下凸模5；坯料3产生回弹，橡皮垫料吸收蠕变释放应变，保持型面结构，减少回弹量。
根据本发明的公开一种橡皮垫料辅助铝锂合金薄壁结构蠕变时效精密成形方法，通过橡皮在成形过程的弹性补偿弥补构件成形过程中的弹性损失，减少模具的修模次数，提高构件的其成形精度。成型中将橡胶垫置于板材上下表面后放入模具，进行加压，加热保温，通过橡胶的厚度可以增加材料弹性变形量，实现辅助厚度增加，进而增加弹性变形量。加载保温过程，蠕变释放的应变被弹性体吸收，仍保持较好的型面结构，因而不需要进行模具的修复即可实现弹性补偿。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、室温下，将凹模(1)水平放置在热压罐内；将第一橡皮垫料(2)、坯料(3)、第二橡皮垫料(4)水平放置在凹模(1)的顶部；
步骤二、在热压罐内使用凸模(5)从第二橡皮垫料(4)顶部竖直向下施加载荷，使第一橡皮垫料(2)、坯料(3)和第二橡皮垫料(4)发生弹性形变贴合凹模(1)顶部的凹槽型面；
步骤三、向第一橡皮垫料(2)和第二橡皮垫料(4)内部充气，第一橡皮垫料(2)和第二橡皮垫料(4)膨胀挤压坯料(3)，实现坯料(3)均匀受力，坯料(3)成型；在成型过程中保持第一橡皮垫料(2)和第二橡皮垫料(4)处于充气状态；对热压罐进行抽真空处理；
步骤四、将热压罐内温度调整至人工时效温度，保持时长t；
步骤五、将凹模(1)、第一橡皮垫料(2)、坯料(3)、第二橡皮垫料(4)和凸模(5)从热压罐内取出，冷却至室温；
步骤六、卸下凸模(5)；坯料(3)产生回弹，实现吸收蠕变释放的应变，保持型面结构，减少回弹量。
2.根据权利要求1所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述步骤一中，将第一橡皮垫料(2)放置在坯料(3)的下表面，将第二橡皮垫料(4)放置在坯料(3)的上表面后，再将整体放置在凹模(1)的顶部。
3.根据权利要求2所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述步骤一中，凸模(5)的底部向下设置有弧形凸起，凸模(5)底部的弧形凸起与凹模(1)顶部的凹槽型面形状对应。
4.根据权利要求3所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述步骤二中，凸模(5)向下施加载荷时，均匀施加载荷至坯料(3)的上下两面紧贴第一块橡皮垫料(2)和第二块橡皮垫料(4)；保持施加载荷直至坯料(3)的蠕变完成。
5.根据权利要求4所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述步骤三中，第一橡皮垫料(2)和第二橡皮垫料(4)采用采用硅胶材料；工作温度范围为-60℃～220℃，硅胶弹性模量为1.2GPa，泊松比为0.48；热压罐抽真空后，真空度不大于-0.1MPa。
6.根据权利要求5所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述步骤四中，人工时效温度为120℃-190℃；t为8-36h；坯料(3)产生蠕变实现应力松弛。
7.根据权利要求6所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述凹模(1)顶部的凹槽型面上设置有4个排气孔；排气孔直径为10mm；在凹模(1)的侧壁处对应设置有导气槽，实现将第一橡皮垫料(2)与凹模(1)顶部的凹槽型面之间的空气排出。
8.根据权利要求7所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述坯料(3)采用高性能铝合金材料，具体为2195铝锂合金、2A97铝锂合金、2A55铝锂合金、2219高强铝合金或7B04高强铝合金材料。
9.根据权利要求8所述的一种橡皮垫料辅助铝合金薄壁构件蠕变时效精密成形方法，其特征在于：所述凹模(1)顶部凹槽为弧形结构，水平面直径为100-5000mm，截面弧形直径为100-10000mm；槽深为10-1000mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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